Sieć informatyczna General Motors wspiera produkcję

Koncern General Motors, tuż przed popadnięciem w olbrzymie kłopoty finansowe, zdążył rozpocząć modernizację infrastruktury IT. Kierownictwo firmy koncentrowało się na wsparciu procesów produkcyjnych przez sieć informatyczną.   

Marc Brailov, menadżer ds. systemów informatycznych w GM, jest dumny z nowego rozwiązania. Uważa, że udało się zmienić dotychczasową strategię IT na taką, która jest dopasowana do trudnych wyzwań, jakie stoją przed koncernami motoryzacyjnymi. Projekt opracowano pod kątem podstawowych zadań działu produkcji. Stworzono system zarządzania, który uwzględnia hierarchię ważności poszczególnych zakładów oraz potrzeby personelu.   

– W ciągu ostatnich trzech, czterech lat pracowaliśmy ciężko, aby poprawić elastyczność oraz sprawność naszych procesów produkcyjnych – mówi Kirk Gutmann, główny informatyk odpowiedzialny za produkcję. – Pod tym kątem projektowaliśmy nasze systemy IT, zarządzania oraz kontroli. Dzięki temu łatwiej nam będzie uruchamiać nowe placówki w innych miejscach świata.

Stosowana wcześniej przez GM architektura zakładowych sieci, zasadniczo oparta była na technologii LAN. Komunikacja ze środowiskiem IT była realizowana przez każde urządzenie z osobna. Odbywało się to poprzez współdzielenie niezbędnych informacji oraz informowanie o sytuacjach, w których występowały pewne niezgodności w działaniu sprzętu. W miarę, jak nowa strategia ewoluowała, wprowadzono obsługę EtherNetu oraz IP na poziomie poszczególnych urządzeń.

– W tej chwili próbujemy dokonać rozbioru sieci i utworzyć właściwą jej hierarchię – kontynuuje Kirk Gutman. – Rozpoczynając od poziomu pojedynczej stacji, łączymy wszystkie elementy układanki w jedną sieć. W ten sposób, krok po kroku, dochodzimy do poziomu sieci zakładowej.

Kirk zaznacza, że każdy zakład GM jest samowystarczalny. Prowadzi własny monitoring oraz diagnostykę wszystkich elementów ciągu produkcyjnego.  

– W sytuacjach szczególnych przesyłamy dane z zakładu do centrali, która w razie konieczności wspomaga nasze fabryki przez 24 godziny na dobę – dodaje przedstawiciel koncernu.

Z kolei Ken Knight, dyrektor ds. produkcji podkreśla, że nowa strategia ułatwia zastosowanie tych samych rozwiązań z zakresu automatyki w wielu zakładach. Tym samym ułatwia działania związane z produkcją.

– W każdym z naszych zakładów wykorzystujemy podobne wyposażenie i rozwiązania techniczne, co czyni naszą pracę szybszą i tańszą – twierdzi Knight.

Centrum zarządzania  
Głównym punktem systemu IT jest Centrum Zarządzania i Kontroli – CG3 (General Motors Global Command and Control Center) – znajdujący się w miejscowości Pontiac w stanie Michigan. Stąd, poprzez szybkie łącza, kluczowe dane płyną do trzech centrów regionalnych (RC3), które wspierają lokalne zakłady produkcyjne. Centrala regionalna w niemieckim Russelheim obsługuje placówki w Europie. Podobna jednostka w Sao Paulo w Brazylii wspomaga zakłady w Ameryce Południowej, Afryce oraz na Bliskim Wschodzie. Ostatnia centrala regionalna ulokowana jest razem z centralą główną w Pontiac. Terenem, za który jest odpowiedzialna, obejmuje Amerykę Północną oraz Azję.
Każdy z 185 zakładów produkcyjnych GM, ma bezpośrednie połączenie z przynależną mu centralą regionalną. W ten sposób personel central ma wgląd we wszystkie linie produkcyjne. Dzięki temu może w łatwy sposób zdobywać informacje o tym, co dzieje się w poszczególnych stacjach roboczych. Cechą, która wyróżnia cały system spośród podobnych rozwiązań, nie jest jednak jego struktura hierarchiczna.

– Naszym celem jest wspieranie działań na poziomie pojedynczej stacji roboczej – tłumaczy Knight.

Wszystko stanie się jasne, gdy przyjrzymy się, w jaki sposób architekci systemu określili poziomy hierarchii. Sformułowanie „Centrum zarządzania i kontroli” brzmi bardzo groźnie, lecz nie jest to dla GM poziom nr 1. Tutaj poziom 1 usytuowany jest w każdym z zakładów. Poziom 2. to trzy RC3, a na szczycie hierarchii jest GC3, czyli poziom 3.

– Dla nas pierwszorzędnym celem jest produkcja samochodów – podkreśla Gutman. – Wszystko, co jako dział IT staramy się osiągnąć, jest podporządkowane temu zadaniu.

GM jest jednym z najbardziej liczących się na świecie odbiorców robotów przemysłowych, które wykorzystywane są praktycznie na każdym etapie cyklu produkcyjnego. Począwszy od spawania elementów karoserii, a skończywszy na malowaniu kompletnych samochodów. Jest to więc kolejny z kluczowych punktów systemu.

W zakładach montażowych GM w Lansing duet złożony z człowieka i robota działa sprawniej niż pojedyncza maszyna lub osoba. Robot przenosi montera w odpowiednie miejsca we wnętrzu pojazdu, dzięki czemu zaoszczędza mu męczącego „pełzania” po stanowisku pracy i przyjmowania dziwnych pozycji.
– Równie ważne, jak programowanie robotów jest dla nas udostępnianie ich interfejsów innym urządzeniom w naszej sieci – mówi Knight. – Urządzenia w rodzaju kontrolerów spawalniczyc, to kluczowe elementy w naszym systemie. Zarządzamy udostępnianiem tych urządzeń w sieci oraz ich programowaniem.

Typowy zakład produkcyjny GM w Ameryce Północnej powinien być w pełni zautomatyzowany. Dotyczy to również transportu pojazdów oraz niezbędnych materiałów pomiędzy poszczególnymi stacjami roboczymi. Co więcej, zastosowania automatyki są w GM wymagane w zagadnieniach związanych z kontrolą jakości, takich jak: powtarzalność produkcji, jej niezawodność, a także ergonomiką pracy personelu.

Sformułowanie „zarządzanie i kontrola” w nazwie poziomów 2. i 3. może być myląca. Zasadniczym ich celem jest bowiem wsparcie produkcji, a działalność w dużej mierze zależy od bieżącej sytuacji na poszczególnych liniach produkcyjnych. Jeśli pojawi się problem, który grozi ograniczeniem zdolności produkcyjnej, personel RC3 i CG3 wkracza do akcji. Stara się zrobić to, co niezbędne, aby zapobiec przestojom lub spowolnieniu produkcji.

– Większość problemów rozwiązywana jest przez lokalny personel – zauważa Knight. – Bardzo rzadko zdarzają się usterki, które są usuwane zdalnie. Dopiero w przypadku bardzo poważnych problemów do akcji wkracza centrum zarządzania.
Centrum dowodzenia i kontroli GM komunikuje się z każdym ze 185 zakładów
produkcyjnych korporacji poprzez trzy centrale regionalne.

Przepis na dobry samochód   

Kirk Gutman tłumaczy, że od razu po zauważeniu alarmu pracownicy centrów zarządzania kontaktują się z osobami odpowiedzialnymi za daną część linii produkcyjnej. To pierwszy krok do tego, aby zorientować się, w czym jest problem.

– Jeśli jest to drobna awaria, z którą poradzi sobie lokalny personel lub alarm został wywołany poprzez demontaż części wyposażenia w czasie przerwy w działaniu danej linii, to wszystko jest w porządku – tłumaczy dalej główny informatyk GM. – Jeśli natomiast sytuacja jest bardziej złożona, natychmiast wysyłamy zespół techników, aby jak najszybciej przywrócić sprawność uszkodzonej linii produkcyjnej.  

W General Motors produkcja jest dość skomplikowana. Klienci zamawiają poszczególne samochody, korzystając z wielu możliwych dla danego modelu opcji. Niemalże od nowa projektują swój własny egzemplarz. Zakłady GM muszą jak najszybciej reagować na potrzeby klientów. Jest to możliwe tylko dzięki perfekcyjnie zintegrowanym systemom IT na poziomie całej korporacji. „Śledzą” one każdy samochód, począwszy od momentu, gdy zostanie zamówiony, a kończąc na etapie odbioru przez klienta. Przykładowo, kiedy zamontowane zostaje radio, system zbiera informację o jego modelu, numerze seryjnym, a także dane osoby, która wykonała montaż. W ten sposób archiwizowane są informacje na wszystkich etapach produkcji.

Dzięki wykorzystaniu bazy danych historia każdego pojazdu może być dokładnie prześledzona. Rozpoczynając od momentu, kiedy opuścił fabrykę, można cofnąć się poprzez testy końcowe do poszczególnych etapów montażu. Dzięki temu możliwe jest przeanalizowanie, jakie podzespoły zostały użyte w danym egzemplarzu. Co więcej, w łatwy sposób można prześledzić poszczególne etapy produkcji tych podzespołów.  

Specjalnie stworzony automatyczny system precyzyjnie ustawia ciężki korpus pojazdu na podwoziu.
Sieć informatyczna GM to intranet w skali globalnej. Dostęp do niego ma każda stacja robocza w każdym z zakładów korporacji. Zbierane informacje są niezwykle szczegółowe, np. moment obrotowy osiągnięty przez daną wkrętarkę przy wkręcaniu każdej śruby. Wszystkie te dane są scalane w korporacyjnych bazach danych. Po co to wszystko? Kierownictwo GM tłumaczy, że jeśli za pięć lat pojawi się problem z konkretną śrubą w konkretnym egzemplarzu samochodu, General Motors będzie w stanie odtworzyć informacje, kto ją montował i której użył wkrętarki. Możliwe będzie także pozyskanie informacji o zadanym momencie obrotowy wkrętarki, czy został on osiągnięty, a w końcu kto ten moment obrotowy skontrolował. Archiwizacja dużej ilości danych może być bardzo przydatna przy uwzględnianiu lub odrzucaniu przyszłych reklamacji.

Przedstawiciele GM podkreślają jednak, że zasadniczym celem zbudowania tego systemu było zapewnienie łatwej i szybkiej komunikacji pomiędzy osobami odpowiedzialnymi za poszczególne etapy montażu. Tymi, które spotykają się z problemami, a osobami, które pomogą w ich rozwiązaniu.

– Z punktu widzenia automatyki nasz system charakteryzuje się jednolitą architekturą – podkreśla Knight. – Zawiera ona najważniejsze elementy procesu, takie jak: procesory, roboty, transportery, rozwiązania mechaniczne i elektryczne oraz urządzenia i oprogramowanie automatyki.

Kirk Gutman dodaje, że pierwszym zadaniem wykonanym przez GM była standaryzacja technologii. Następnie skoncentrowano się na procesach stojących za technologią oraz jej integracją z urządzeniami wykonawczymi.  

Struktura, powtarzalność, odpowiedni ludzie
Po pierwsze ustandaryzowano sposób adresowania urządzeń w sieci, sposób nadawaniapriorytetów informacjom otrzymywanym z urządzeń wykonawczych oraz sposób monitorowania sieci. Standaryzacja objęła wszystkie procesy związane z wykrywaniem i usuwaniem usterek, monitoringiem, a także dodawaniem i usuwaniem części wyposażenia. Poza tym każdy pracownik GM na świecie został przeszkolony według tego samego schematu.

– Projektujemy nasze sieci tak samo, jak nową linię silników, z tą samą dyscypliną, strukturą organizacyjną oraz powtarzalnością – mówi Gutman. – Wiele nauczyliśmy się w ciągu tych wszystkich lat. Gdy wprowadzamy zmiany, chcemy mieć pewność, że nasza następna fabryka lub kolejne uaktualnienie systemu odzwierciedli zebrane przez nas doświadczenia.

Poza samą konstrukcją systemu bardzo istotny jest dobrze wyszkolony personel. Osoby pracujące w RC3 oraz GC3, z kilkoma tylko wyjątkami, pracowali wcześniej na stanowiskach związanych z produkcją. W General Motors 85% pracowników działów IT posiada doświadczenie wyniesione z działów produkcyjnych lub automatyki.

– Dzięki takiemu podejściu można wiele zyskać – twierdzi główny informatyk GM. – Po pierwsze personel IT rozumie, jak ważny jest czas. Kiedy pojawia się problem, wszyscy biorą się do roboty i pracują tak długo, aż zostanie rozwiązany. Ludzie z mojego działu dużo wiedzą o bezpieczeństwie strukturalnym, odporności urządzeń oraz takim projektowaniu linii produkcyjnych, który pozwala minimalizować czas przestojów.

Kirk Gutman podsumowuje, że podczas implementacji technologii IT na poziomie urządzeń wykonawczych jednym z zasadniczych zagadnień jest pamięć o podstawach, na których opiera się produkcja.

C.G. Masi
Artykuł pod redakcją Marcina Stachury, doktoranta w Instytucie Automatyki i Robotyki Politechniki Warszawskiej